סוללות עוברות טרנספורמציה עמוקה: בעוד שסוללות ליתיום-יון ממשיכות לשלוט בשוק, טכנולוגיות סוללות חדשות מתחילות לתפוס תאוצה , שמטרתן בטיחות רבה יותר, אורך חיים ארוך יותר והתאמה טובה יותר לשימושים ספציפיים מאוד, החל מכלי רכב חשמליים ועד לאגירת אנרגיה מתחדשת מסיבית. בעוד מספר שנים בלבד, הנוף עשוי להיות שונה למדי ממה שהוא היום.
בין ההצעות שצוברות תאוצה נמצאות סוללות אבץ-יוד מימיות , המיועדות למתקנים נייחים גדולים, וסוללות מצב מוצק בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה מאוד , שצפויות לשפר משמעותית את טווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים. חלק ניכר מהדחף מגיע ממרכזי מחקר ויצרנים אסייתיים, אך השפעתו תורגש גם באירופה.
סוללות אבץ-יוד מימיות חדשות: בטוחות יותר ובעלות אורך חיים ארוך במיוחד
קבוצת חוקרים מאוניברסיטת פלינדרס (אוסטרליה) חשפה סוללת אבץ-יוד מימית המציעה גישה שונה מתאי ליתיום-יון קונבנציונליים. במקום אלקטרוליטים אורגניים דליקים, טכנולוגיה זו משתמשת באלקטרוליט על בסיס מים , מה שמפחית משמעותית את הסיכון להתחממות יתר ולשריפות הנגרמות כתוצאה מדליפה תרמית.
סוללות אבץ-יוד אינן רעיון חדש; הן נחקרות כבר עשרות שנים . עם זאת, אימוצן הופרע על ידי בעיה ספציפית: תזוזה של פוליודיד, תופעה כימית הגורמת ליוד לנדוד דרך מפריד התאים, מה שמוביל להידרדרות מהירה של הסוללה עם המשך השימוש.
הצוות האוסטרלי התגבר על מכשול זה על ידי תכנון "כלוב" מולקולרי המסוגל לאגור תרכובות יוד מבלי להפריע לתגובות האלקטרוכימיות הנדרשות. לשם כך, הם השתמשו בפולימרים שמקורם בציקלודקסטרינים , מולקולות מחזוריות מעמילן, אשר משמשות מזה שנים במגזרים כמו מזון וקוסמטיקה, וכעת מוצאות יישום שונה בתחום אגירת האנרגיה.
לציקלודקסטרינים אלה יש מרקם חיצוני הידרופילי וחלל פנימי הידרופובי. שילוב זה מאפשר לפולייודיים להילכד בתוך מבנה הפולימר, ומונע מהם לנוע בחופשיות ברחבי הסוללה. התוצאה היא מערכת שממתנת את תנועתם של מיני יוד אלה, אחד הגורמים העיקריים לבלאי בסוללות אבץ-יוד שנחקרו עד כה.
נתונים טכניים: מחזורים, קיבולת וזמני טעינה
בדיקות מעבדה מראות ביצועים יוצאי דופן עבור טכנולוגיה מסוג זה. באחת התצורות שנבדקו, הסוללה משיגה קיבולת ספציפית של כ- 200-205 מיליאמפר/גרם למשך כ-8.000 מחזורי טעינה מלאים, עם זמני טעינה של כשבע דקות מריק למלא.
בגרסה נוספת שנועדה למקסם את תוחלת החיים, המערכת משיגה 60.000 מחזורי טעינה ופריקה , תוך שמירה על קיבולת של כ-150 מיליאמפר/גרם. במקרה זה, זמן הטעינה המלאה מצטמצם עוד יותר לכשלוש דקות , נתון נמוך בהרבה ממה שמאפשרות סוללות רבות כיום.
על פי התיעוד הטכני, תאים אלה פועלים במתח שבין 1,3 ל-1,4 וולט ומציגים פירוק נמוך ביותר למחזור, המוערך בין 0,0001% ל-0,0003% במהלך הבדיקה הראשונית. חשוב לזכור שמדובר באבות טיפוס במעבדה בקנה מידה קטן , ולכן נותר לראות כיצד הם יתפקדו כאשר העיצוב ייושם בסוללות גדולות יותר ובסביבות שימוש בעולם האמיתי.
המפתח להתקדמות זו טמון בשילוב של אורך חיים ארוך מאוד וזמן טעינה קצר מאוד , דבר שימושי במיוחד ביישומים בהם מחזורים חוזרים על עצמם ברציפות לאורך כל היום. עבור רשתות חשמל עם נוכחות גבוהה של אנרגיה מתחדשת או עבור מערכות גיבוי, סוללה המסוגלת לעמוד בעשרות אלפי מחזורים יכולה להיות חשובה יותר ממקסום צפיפות האנרגיה.
אבטחה, מגבלות ואפליקציות: למה לא נראה את זה בנייד שלך
שימוש באלקטרוליט מימי מציע יתרון בטיחותי ברור. בניגוד לאלקטרוליטים אורגניים דליקים המשמשים בסוללות ליתיום-יון רבות, מים מפחיתים באופן דרסטי את הסיכון לשריפה ולפריצה תרמית, דאגה הן למכשירים ניידים והן למתקנים בקנה מידה גדול.
עם זאת, לסוללת אבץ-יוד חדשה זו יש חיסרון משמעותי כשחושבים על השימוש בה בסמארטפונים , טאבלטים או מחשבים ניידים : צפיפות האנרגיה הנפחית שלה נמוכה מזו של תאי ליתיום-יון קיימים. כדי לאחסן את אותה כמות אנרגיה, יידרש נפח גדול יותר, וכתוצאה מכך סוללות גדולות יותר, ולכן מכשירים עבים או כבדים יותר.
מסיבה זו, החוקרים עצמם שוללים את האפשרות שטכנולוגיה זו תחליף סוללות ליתיום במוצרי אלקטרוניקה צרכניים בטווח הקצר . מפת הדרכים שלהם מכוונת בבירור לאגירת אנרגיה נייחת בקנה מידה גדול , תחום שבו גודל ומשקל פחות חשובים מעמידות, בטיחות ועלות למחזור.
באופן ספציפי, מוזכרים יישומים במתקני אנרגיה מתחדשת - כגון תחנות סולאריות או חוות רוח -, מתקני אחסון אנרגיה המחוברים לרשת החשמל ומערכות המסוגלות ליישר את ביקוש השיא. באירופה, שבה שילוב אנרגיות מתחדשות הוא בראש סדר העדיפויות, פתרונות מסוג זה יכולים להתאים לפרויקטים הכוללים גיבוי סוללות לרשת , תחנות טעינה מהירות במיוחד או מתקני אחסון עירוניים.
למרות שהטכנולוגיה עדיין בשלביה הראשונים, העבודה שנעשתה באוסטרליה מדגימה כי עדיין יש מקום לשיפור בכימיה של אבץ-יוד . אם היא תתבסס, היא תוכל להשלים הצעות מתפתחות אחרות בתחום אגירת אנרגיה נייחת, כגון סוללות זרימה או תמיסות מבוססות נתרן, ולהרחיב את מגוון האפשרויות מעבר לליתיום-יון.
המירוץ לסוללות מצב מוצק: קפיצת הצפיפות מגיעה מסין
בעוד שסוללות אבץ-יוד מכוונות בעיקר לרשת החשמל ולפרויקטים גדולים של תשתית, המגמה העיקרית השנייה בטכנולוגיית סוללות חדשה מתמקדת בכלי רכב חשמליים. סוללות מצב מוצק הפכו לתקווה המובילה לקפיצת מדרגה בטווח, בטיחות ותוחלת חיים בהשוואה לתאי ליתיום-יון קונבנציונליים.
יצרניות סיניות מובילות כמו BYD, CATL ו-Geely זיהו את 2027 כשנה מרכזית למעבר מאבות טיפוס במעבדה ובדיקות בקבוצות קטנות ליישומים הראשונים בעולם האמיתי בכלי רכב. יצרניות סוללות אחרות, כמו Farasis Energy, CALB ו-Gotion High-Tech , הצטרפו למאמץ זה, יחד עם חברות מתפתחות הרואות בטכנולוגיה זו הזדמנות לצבור תאוצה.
המטרה המשותפת היא לפתח תאים המסוגלים להציע צפיפות אנרגיה גבוהה יותר מבלי להגדיל את גודל או משקל חבילת הסוללות, תוך הפחתת הסיכון לדליפה תרמית ושיפור היציבות הכימית של החומרים. בפועל, זה יתורגם למכוניות עם טווח נסיעה גדול יותר לטעינה , טעינה מהירה יותר פוטנציאלית ועמידות רבה יותר, הן במחזורי טעינה והן בשנים של שימוש אינטנסיבי.
חשיבותו של מהלך זה חורגת מעבר לשוק הסיני: אירופה תלויה במידה רבה בסוללות המיוצרות באסיה, וכל התקדמות משמעותית בטכנולוגיית מצב מוצק תתנה את התפתחות תעשיית הרכב האירופית ואת תוכניותיה למעבר לכלי רכב חשמליים.
ג'ילי והמרוץ להיות הראשונים להגיע לסוללות של 500 וואט-שעה לק"ג
בין הפרויקטים הבולטים ביותר נמצאת חברת Geely , שחשפה דור חדש של סוללות מצב מוצק עם צפיפות אנרגיה מוצהרת של עד 500 וואט-שעה/ק"ג . נתון זה, במקרים מסוימים, מכפיל את טווח ההספק של סוללות NMC רבות כיום, אשר נעות בדרך כלל בין 250 ל-300 וואט-שעה/ק"ג.
צפיפות כזו מאפשרת, מצד אחד, אחסון אנרגיה רבה יותר עם מסה דומה, ומצד שני, הפחתה במשקל המטען תוך שמירה על אותה קיבולת, ובכך שיפור היעילות הכוללת של הרכב. כדוגמה כללית, מטען של 80 קוט"ש ששוקל כיום קרוב ל-450 ק"ג או יותר, יכול להיות קל משמעותית, עם השפעה ישירה על צריכת הדלק, במיוחד בסביבות עירוניות שבהן לתאוצות תכופות יש השפעה גדולה יותר.
ג'ילי הציגה חלק מהטכנולוגיה הזו בתערוכות סחר מיוחדות וציינה כי הסוללות שלה משתמשות באלקטרוליט גופרית במצב מוצק , כלומר, חומר אנאורגני המחליף את האלקטרוליט הנוזלי המסורתי. החברה טרם סיפקה פרטים על הכימיה המדויקת של האלקטרודות, קיבולת הקוט"ש של חבילות הסוללות שהיא מתכננת להרכיב, או מחזור ההומלוגציה הספציפי עבור הסדרות המפורסמות.
הקבוצה מתכננת להתחיל בניסויי כביש וייצור פיילוט בסביבות שנת 2027, תוך שימוש בכלי רכב מכמה מהמותגים שבשליטתה, כולל וולוו, פולסטאר, זיקר, לינק ושות', לוטוס וסמארט. מספר היחידות והדגמים הספציפיים טרם אושרו, אך הגישה כוללת השקת סדרות מוגבלות תחילה, לרוב בטווחים יקרים יותר המסוגלים לספוג את פרמיית העלות הראשונית.
בנוסף לטווח, ג'ילי מזכירה תוחלת חיים שיכולה להגיע למיליון קילומטרים במקרים מסוימים, נתון שאם יושג, יפחית את החששות לגבי התדרדרות לטווח ארוך. לפרויקט שותפים כמו דאו, המעורבים בפיתוח דבקים וחומרים המסוגלים לשמור על תכונותיהם בטווח טמפרטורות רחב, בין 40- ל-120+ מעלות צלזיוס, דבר קריטי ליציבות חבילות הסוללות באקלים קר מאוד או חם מאוד.
סין קובעת את 2027 כשנת מפתח לאלקטרוליט מוצק
מעבר למקרה הספציפי של ג'ילי, הנוף הסיני מראה התכנסות בולטת לתאריך היעד 2027. BYD רשמה פטנטים הקשורים לסוללות מצב מוצק וציינה כי באותה שנה היא תציג את הדגמות הרכב הראשונות שלה. CATL, מובילה עולמית באספקת סוללות, הודיעה גם היא למשקיעיה כי היא פועלת לקראת 2027 כתאריך היעד לייצור פיילוט.
בינתיים, יצרניות כמו CALB, Gotion High-Tech ו-Farasis Energy זיהו תקופה זו כזמן האידיאלי להשיק את תוכניות אימות הכבישים שלהן. CALB, השחקנית השלישית בגודלה בשוק הסיני לפי נתח, מתכננת להתחיל בבדיקות בקנה מידה קטן של כלי רכב חשמליים ולהגדיל בהדרגה את הייצור עד המחצית הראשונה של העשור הבא.
חברת Gotion High-Tech, הנתמכת על ידי פולקסווגן , ממקדת את מאמציה בסוללות מצב מוצק עם צפיפויות יעד באזור 350 וואט-שעה/ק"ג , במטרה לשלב סדרות קטנות ברכבי ניסוי החל משנת 2027 ולהתקדם לייצור מסחרי בין 2029 ל-2030. חברת Farasis Energy, המאוחדת עם מרצדס-בנץ, עובדת עם לוח זמנים דומה, כאשר 2030 היא היעד לכניסה לייצור בקנה מידה גדול.
אפילו חברות שעד לאחרונה לא היו קשורות לרכבים חשמליים, כמו Dreame Technology - הידועה במכשירי החשמל הביתיים שלה - הציגו תוכניות משלהן לסוללות מצב מוצק. על פי הנתונים שלהן, תאי הגלקסי קריסטל שלהן יכולים להגיע לקיבולות של עד 60Ah ולעלות על 450Wh/kg , כאשר הייצור המסחרי צפוי להתחיל גם בסביבות 2027.
המציאות היא שהמרת תא ניסיוני לסוללה המתאימה לייצור המוני , בעלויות מבוקרות ועמידות העונה על דרישות הרכב, נותרה אתגר טכני משמעותי. מנהלים בכמה יצרנים קראו לזהירות בנוגע לציפיות, מתוך מודעות לכך שלוחות הזמנים עשויים להתארך וכי לא כל הפרויקטים יגיעו לשוק בו זמנית.
השפעה פוטנציאלית על אירופה ושוק הרכב החשמלי
לריכוז פרויקטים של סוללות מצב מוצק בסין יש השלכות ישירות על אירופה. קבוצות רכב אירופאיות גדולות - כולל כמה שותפים של יצרני סוללות אסייתיים - תלויות בשרשרת אספקה שבה התקדמות טכנולוגית מפותחת במידה רבה מחוץ ליבשת.
אם צפיפות אנרגיה של 350 עד 500 וואט-שעה/ק"ג תתורגם למכוניות עם טווחי נסיעה העולים על 1.000 ק"מ לטעינה ותוחלת חיים המתקרבת למיליון קילומטרים, הלחץ על היצרנים האירופיים יגדל במידה ניכרת. התחרות לא תתבסס רק על המחיר, אלא גם על היכולת להציע כלי רכב עם דרישות טעינה פחות תכופות וסוללות ששומרות על ביצועיהן במשך שנים רבות.
בהקשר זה, האיחוד האירופי השיק תוכניות לעידוד הייצור המקומי של סוללות מתקדמות ולהפחתת התלות במקורות זרים, אך קצב הפיתוח לא תמיד קל להדביק. השקעה בטכנולוגיות חלופיות - כגון סוללות יון נתרן, סוללות ליתיום-ברזל פוספט משופרות או סוללות מצב מוצק שפותחו באירופה - תהיה המפתח לשמירה על התחרותיות התעשייתית ולהבטחת האספקה.
עבור הצרכנים, ההשפעה הבולטת ביותר תגיע כאשר סדרת כלי הרכב הראשונה עם סוללות מהדור הבא תתחיל להופיע על הכביש, ככל הנראה בקטגוריית המחירים הבינונית-גבוהה או היוקרתית. אם התוצאות מבחינת טווח נסיעה, פגיעה באיכות הרכב והבטיחות יעמדו בציפיות, הביקוש צפוי לעבור יותר ויותר לכיוון דגמים אלה, מה שיאיץ את המעבר ודוחף את הטכנולוגיות הנוכחיות לשימושים משניים יותר או קטגוריית כניסה.
בסך הכל, ההתקדמות בסוללות אבץ-יוד מימיות ובתאים במצב מוצק בצפיפות גבוהה מצביעה על עשור שבו אגירת אנרגיה תשתנה באופן עמוק: ממתקנים גדולים המייצבים את רשת החשמל ומאפשרים שימוש מסיבי באנרגיות מתחדשות, ועד למכוניות חשמליות המסוגלות לנסוע מרחקים בלתי נתפסים כיום בטעינה אחת, פיתוחן של טכנולוגיות סוללות חדשות אלו יסמן חלק גדול מהתפתחות מגזר האנרגיה והניידות הן באירופה והן בשאר העולם.
